CN112640356A - 用于双向通信的方法和*** - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于双向通信的方法和***。根据一个实施例，方法包括将第一设备配置为根据非重叠（NOL）调度进入活动模式，第二设备处于沉默模式中。第一设备的发射器在不超过第二设备的最大可容忍沉默持续时间的持续时间内发射第一本地数据信号。第一设备被配置为根据NOL调度在发射第一本地数据信号之后进入沉默模式。

Description

用于双向通信的方法和***
技术领域
本公开总体上涉及通信***，并且特别涉及用于一对设备之间的高效双向通信的技术。
背景技术
在许多应用中，需要在诸如视频源和显示器之类的一对设备之间在两个方向上（例如，从该对中的第一设备到该对中的第二设备以及还从第二设备到第一设备）交换数据。通常，数据传输中的一些以高速进行，而其他以相对低的速度进行。例如，在视频应用中，需要将视频数据从视频源（例如，相机）以高速传输到视频接收器（sink）（例如，显示器）。然而，某些控制数据可能以相对低的速度在视频源和视频接收器之间在两个方向上传输。从视频源到视频接收器的控制数据可以指定例如视频数据如何被显示，以及从视频接收器到视频源的控制数据可以指定例如相机的视角、曝光、焦点等或视频接收器设备的状态。
在许多应用中，无论所需的数据速度如何，使用物理线缆在一对设备之间交换数据。在一些应用中，诸如在汽车和飞行器***中，由于汽车和飞机设计的总体上严格的空间和重量要求，通常期望使由线缆所需的物理空间和/或用于传输数据的线缆的重量最小化。此外，在与其他敏感***（诸如飞行控制和导航***、传感器***等）共存的汽车和飞行器视频***中，其中通信线缆（诸如传递视频和控制信号的那些）受到严格的电磁干扰（EMI）约束。
使用线缆的一种常见类型的通信***是基于以太网的通信，其将数据流分成称为帧的较短片段。每个帧包括源地址和目的地地址以及误差检查数据，使得可以检测并丢弃损坏的帧。以太网是一组标准化的分级协议，并且通常较高层协议触发丢失帧的重发。以太网协议指定两种通信模式。在使用载波感测多路访问/冲突检测（CSMA/CD）技术的半双工模式中，两个或更多设备可以在随机时间发射。如果两个或更多设备碰巧同时发射，则冲突发生并被检测到，并且设备然后在其他随机时间重新发射，希望在这些稍后的发射中将避免冲突。
在全双工模式中，通信发生在一对设备之间，其中两个设备可以同时发射和接收。由于数据的同时发射和接收（例如，同时双向通信），如果单线/对线用于通信，则需要回声消除电路。这可能增加通信***的成本和/或复杂性。可替代地，必须使用两个单线或两对线，其中一个线/线对用于在一个方向（也称为前向信道）上通信，而另一个线/线对用于在另一方向（也称为反向信道）上通信。这可能增加通信线缆的成本和/或重量、和/或由线缆所需的空间，如上所述，这在一些应用（诸如汽车和飞行器应用）中是不期望的。
节能以太网（EEE）是对计算机联网标准的以太网家族的一组增强，其在低数据活动或无数据活动时段期间降低功耗。这些增强的目标之一是降低功耗同时保持与现有装备的完全兼容性。节能以太网是一种非对称协议，其使网络端口能够响应于数据是否必须在一对端口/设备之间流动而在高功率状态（也称为数据模式）和较低功率状态（也称为低功率空闲（LPI）模式）之间进行切换。高功率和低功率状态也分别称为活动状态和空闲状态。
根据EEE协议，当在两个PHY/设备之间建立链路时，每个物理层（PHY）部件（例如，网络交换端口、网络接口卡（NIC）等）在自动协商期间通告其EEE能力。符合EEE的物理层设备使用修改的静态逻辑，以便在没有数据将流过它们时贯通（transcend）到低功率空闲（LPI）模式。在符合EEE的设备中，LPI信令协议用于传达在特定时段期间经由特定链路不发生数据传输时该链路需要进入空闲状态。LPI信令通常在数据流中产生中断或间隙。当要通过链路重新启动数据流时，LPI信令使链路能够恢复到其在数据模式中的正常操作。
当没有数据流发生或不期望发生数据流时，链路配置为处于睡眠模式中，以便将由连接到链路两侧的设备端口的功耗最小化。然而，即使在睡眠模式中，PHY设备的发射器通常发送周期性的刷新信号（如图1中所示），例如，以确保链路起作用并确保更高级别的***（诸如网络管理***（NMS））知晓链路的可用性，并且知道可以在任何时间根据需要重新唤醒链路。在不可预测的/对等待时间敏感的业务的情况下，这尤其重要。
参考图1，根据使用EEE协议的一对设备的示例时序图，两个设备之间的前向链路/信道始终保持在活动模式（102）中。前向链路/信道支持在一个方向（例如，从该对中的第一设备到该对中的第二设备）上的通信。支持另一方向（例如，从第二设备到第一设备）上的通信的反向链路/信道在活动模式（104）和安静模式（106）之间切换。在进入安静模式之前，第二设备的PHY发射器发送交接信号（108）。交接信号的持续时间表示为Ts。
当在安静模式中时，反向链路/信道通常周期性地转变到刷新状态（110），其中“刷新”信号由第二设备的PHY发射器发射到第一设备。刷新信号的持续时间表示为Tr。在进入安静模式后，在表示为Tq的延迟之后发生到刷新状态（110）的第一转变。发送刷新信号后，反向链路/信道返回到安静模式。到刷新状态的一个或多个附加转变以及刷新信号的对应的（一个或多个）发射可以发生。当要在反向链路/信道上发射数据时，“同步”信号（112）从第二PHY设备的发射器被发射到第一设备，并且然后反向链路/信道进入活动模式（104）。
与使用基本以太网协议的设备一样，在单线或单对线上操作的符合EEE的设备采用回声消除电路以允许双向通信。回声消除通常需要复杂且昂贵的信号处理电路，其通常还导致高功耗。如在基于基本以太网的***的情况下，对回声消除的需要可能增加通信***的成本和/或复杂性。可替代地，基于EEE的***可以使用两个单线或两对线，其中一个线/线对用于在一个方向上的通信，而另一个线/线对用于在另一方向上通信。这里同样地，使用两个线或两个线对可能增加通信线缆的成本和/或重量、和/或由线缆所需的空间，如上所述，这在一些应用（诸如汽车和飞行器应用）中是不期望的。
发明内容
公开了一种用于双向通信的方法和***。根据一个实施例，方法包括根据非重叠（NOL）调度将第一设备配置为进入活动模式，第二设备处于沉默模式中。第一设备的发射器在不超过第二设备的最大可容忍沉默持续时间的持续时间内发射第一本地数据信号。根据NOL调度，第一设备被配置为在发射第一本地数据信号之后进入沉默模式。
参考附图并在权利要求中指出，现在将更详细地描述以上和其他优选特征，包括实施方式的各种新颖细节和元件的组合。将理解的是，仅作为说明而非作为限制来示出特定方法和装置。如由本领域技术人员将理解的，本文中解释的原理和特征可以在各种实施例和许多实施例中采用。
附图说明
鉴于附图和随附的详细描述，本发明将变得更加显而易见。作为示例而非作为限制提供其中所描绘的实施例，其中相同的参考标号/标签通常指代相同或类似的元件。然而，在不同的附图中，相同或类似的元件可以使用不同的参考标号/标签来引用。附图不一定是按比例的，而是将重点放在说明本发明的方面上。在附图中：
图1是常规的基于节能以太网（EEE）的通信的时序图；
图2示意性地描绘了根据一个实施例的一对物理层（PHY）设备在执行时钟同步时的操作；
图3示意性地描绘了根据一个实施例的设备的链路层部件的操作，所述设备按照非重叠（NOL）调度与另一设备进行通信；
图4示意性地描绘了根据另一实施例的设备的链路层部件的操作，所述设备按照NOL调度与另一设备进行通信；
图5是根据一个实施例的按照NOL调度进行通信的一对设备的示例时序图；
图6描绘了根据一个实施例的按照NOL调度的两个设备之间的通信的示例过程；以及
图7示意性地描绘了根据一个实施例的设备的物理层处的操作，所述设备按照NOL调度与另一设备进行通信。
尽管本公开易发生各种修改和替代形式，但其具体实施例已经在附图中作为示例示出并且将在本文中详细描述。应该理解，本公开不限于所公开的特定形式，而是相反，意图是要覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。
具体实施方式
公开了一种用于双向通信的方法和***。根据一个实施例，方法包括根据非重叠（NOL）调度将第一设备配置为进入活动模式，第二设备处于沉默模式中。第一设备的发射器在不超过第二设备的最大可容忍沉默持续时间的持续时间内发射第一本地数据信号。根据NOL调度，第一设备被配置为在发射第一本地数据信号之后进入沉默模式。
以下公开提供了用于实现主题的不同特征的不同实施例或示例。以下描述部件和布置的特定示例以简化本公开。当然，这些仅是示例，并不旨在限制。
在基于以太网的通信***中，连接对中的物理层（PHY）设备必须同步其各自的时钟，使得接收设备可以正确接收由发射设备发射的数据。如果设备始终是活动的，则可以在通信会话开始时执行同步，在该会话中发射设备发射训练信号，接收设备使用该训练信号来确定其自身的本地时钟与发射设备的时钟之间的相位和/或频率的差。使用该差，接收设备调整其时钟并将其时钟与发射设备的时钟同步。此后，可以维持同步，直到会话结束为止。
然而，如果发射设备进入沉默模式达一定持续时间并停止发射，则接收设备处的同步可能丢失。因此，当发射设备重新进入活动模式时，接收设备必须重新同步其本地时钟。为此，每次发射设备从沉默模式转变到活动模式时，发射设备必须重新发射训练信号。训练信号不传递任何数据，并且是通信开销。发射设备会在沉默模式和活动模式之间切换得越经常，开销就越大。
在本文中描述的各种实施例中，连接对中的两个设备确实根据下面描述的非重叠（NOL）调度在沉默模式和活动模式之间进行切换。每个设备在其处于活动模式中时可以发射数据，而在其处于沉默模式中时可以接收数据。因此，每个设备可以在沉默模式中充当接收设备，并且必须将其本地时钟与另一个的本地时钟重新同步。这能够给通信***添加相当大的开销。本文中参考图2描述的“锁定辅助”技术可以最小化此开销。
在图2中所示的通信***200中，根据一个实施例在两个双向PHY设备204、206之间建立通信链路202。链路202是双向的，并且可以使用可以传递数据和控制信号两者的单个物理介质信道（例如，单个线或单对线）。例如，链路202可以（例如，从数据源到数据消费者）传递高速（例如，每秒兆比特、每秒千兆比特等）前向信道数据和控制信号、以及（例如，从消费者到源）传递相对低速（例如，每秒千比特、每秒兆比特等）反向信道控制信号。在一些实施例中，链路202可以在两个方向上传递数据。
在通常于以太网***中执行的自动协商过程期间，两个链路伙伴PHY设备204、206被分配了主机角色和从机角色。在***200中，PHY设备204是主机设备，而PHY设备206是从机设备。根据非重叠（NOL）调度（如下讨论），当主机204处于活动模式中而从机206处于沉默模式中时，主机204的发射器TX1首先发射数据。在主机停止发射并进入沉默模式之后，从机206进入活动模式，并且然后从机206的发射器TX2发射数据。在PHY设备不使用主机/从机指定的实施例中，可以在自动协商期间经由仲裁来选择发射的顺序。由于发射的NOL调度，在完成自动协商之后，链路202上不发生信号冲突。
具体地，当主机204处于活动模式中而从机206处于沉默模式中时，从机206的发射器TX2可以发射全高或全低信号，其被DC阻断电容器208、210阻断，使得从机206的接收器RX2可以接收由主机204的发射器TX1发射的信号。可替代地，发射器TX2可以将链路/信道202驱动到共模值，以避免与发射器TX1的信号冲突。当根据NOL调度主机204进入沉默模式而从机206进入活动模式时，主机204的发射器TX1执行相同的操作。从信令的角度来看，发射器的沉默模式操作类似于电气空闲。
当主机204进入活动模式并且，对应地，从机206是沉默模式时，启动训练阶段，在该阶段期间主机204使用其自身的本地参考时钟（主机时钟）以用于数据发射。在沉默模式中，从机206从接收的训练信号检测/恢复时钟信号，并计算其自身的本地参考时钟（从机时钟）的频率与从接收的训练信号确定的时钟信号的频率之间的差。恢复的时钟的频率与主机时钟的频率相同。然后，从机206生成偏移校正的时钟，该时钟被调整以匹配主机时钟的频率。偏移校正的时钟称为调整的参考时钟。当从机206将进入活动模式时，从机206将调整的参考时钟用于其自身的发射。
在活动设备（主机204/从机206）的发射间隔期间，对于活动设备而言本地的接收器（RX1/RX2）不从远端发射器（TX2/TX1）接收信号。在没有有效的远端信号的情况下，当远端设备保持沉默达延长的时间段（例如，数毫秒、数十毫秒或数百毫秒、数秒等）时，接收器的时钟和数据恢复电路（CDR1/CDR2）可能失去与远端信号的相位和频率锁定。这是由于由量化误差和时钟恢复电路中的泄漏引起的漂移。在沉默模式期间，设备（从机206/主机204）接收由远端设备（主机204/从机206）发射的数据，并且沉默模式设备的时钟和数据恢复（CDR）电路（从机206：CDR2/主机204：CDR1）锁定到由远侧发送的数据。
具体地，当从机设备206处于沉默模式中时，CDR2电路经由本地接收器RX2接收由远端发射器TX1发射的数据（例如，训练信号或同步信号），并且恢复时钟信号，该时钟信号被同步到发射器TX1的时钟，例如，主机时钟。由比较和调整电路212比较从机206的恢复时钟和本地参考时钟，以导出调整的参考时钟，其具有与主机时钟的频率相同的频率。
当从机206进入活动模式时，其接收器RX2不接收来自发射器TX1的信号，因为主机204处于沉默模式中并且，因此，CDR2被锁定到由其自身锁定辅助型式生成器生成的锁定辅助型式，该锁定辅助型式生成器使用在沉默模式期间导出的调整的参考时钟作为输入。因此，即使从机206不从主机204接收任何数据，CDR2也在活动模式期间维持对远侧发射器TX1的估计时钟的锁定。从机206的发射器TX2使用调整的参考时钟用于数据发射，该调整的参考时钟具有与主机时钟相同的频率。
当从机206随后进入沉默模式时，其接收器RX2开始再次从当前活动的主机204的远侧发射器TX1接收数据信号，之前是训练信号或同步信号。由接收器RX2使用的时钟被同步到发射器TX1的时钟（例如，主机时钟）。因为在活动模式期间由CDR2维持的调整的参考时钟的频率与主机时钟的频率相同，所以在沉默模式期间CDR2可能只需要执行相位调整，比起同步频率和相位两者将是必要的时间，这能够在更少的时间内完成。
当主机设备204处于沉默模式中时，CDR1电路经由本地接收器RX1接收由远侧发射器TX2发射的数据（例如，训练信号或同步信号），并恢复同步到发射器TX2的时钟的时钟信号。从机206的发射器TX2使用调整的参考时钟，该参考时钟具有与主机时钟相同的频率。因此，在沉默模式期间，CDR1可能仅需要执行相位调整，比起同步频率和相位两者将是必要的时间，这能够在更少的时间内完成。
对于模拟CDR实施方式，锁定辅助技术至少具有两个益处：（a）当本地发射器转变到沉默模式时，其允许相对较快地重新锁定到远端发射器，以及（b）其可以使活动/发射和沉默/接收时段与接收器保持锁定达延长时段的能力无关，在该延长时段期间远端发射器可能不发射。在没有锁定辅助电路的情况下，模拟CDR的频率将逐渐失去其与远侧时钟的频率同步，并漂移回到其参考（本地）时钟。
在替代实施例中，对于数字CDR实施方式，在活动模式期间而不是使用锁定辅助型式，处于活动模式中的设备的CDR电路禁用其输入，因此至少维持与远端发射器的时钟的频率锁定。一旦活动模式结束，重新启用CDR输入，以接收由远端发射器发射的信号。数字CDR将仅在其看到转变事件时更新其相位和频率。在活动模式期间抑制CDR输入意味着仅CDR看到的转变将是由远端发射器生成的那些。在活动模式期间，例如由于量化误差，频率可能仅漂移了最小量，并且因此，通常仅需要重新获得相位锁定。类似于将锁定辅助型式用于模拟CDR，这最小化了用于重新同步所需的时间的量，因为获得相位锁定通常比获得频率锁定需要更少的时间。
参考图3，在根据一个实施例的基于以太网的通信***300中，当源设备或应用（例如，视频源、智能电话、平板电脑等）意图将数据发送到接收器设备或应用（例如，视频显示器、扬声器、网络浏览器等）时，通信***中的最顶层（在开放***互连（OSI）模型中称为应用层）生成要发射的数据。该数据在若干其他层（例如，OSI模型的六个其他层）中进行处理。最低层302，例如物理层（称为PHY），表示（经由单个线或线对）电气和物理连接的发射器和接收器。一个PHY与源设备/应用相关联，而另一个PHY与接收器设备/应用相关联。在下面的讨论中，源和接收器设备/应用的应用层分别称为数据源和数据接收器。
PHY 302与直接在上面的层（例如，数据链路层）交换数据和控制信号，该层包括媒体访问控制（MAC）304和逻辑链路控制（LLC）子层。LLC子层未示出。数据源306经由若干中间层将数据发送到MAC 304。MAC 304经由调和子层（RS）308与相关联的本地PHY 302通信并控制相关联的本地PHY 302的操作。接收器设备/应用（未示出）也实现类似的层的分级，其中接收器设备/应用的PHY可以从远程（也称为远侧）连接的源设备/应用的PHY接收数据并且可选地向其发射数据。接收器设备/应用的MAC经由接收器设备/应用的RS与相关联的PHY（例如，接收器设备/应用的PHY）进行通信并控制其操作，并且获得由相关联的PHY接收的数据。然后，接收器设备/应用的MAC最终将接收的数据转发到接收器设备/应用的应用层，例如转发到数据接收器，在该数据接收器中接收的数据可以被再生，例如显示和/或存储。接收器设备/应用的MAC还可以从接收器设备/应用的应用层获得数据，并且可以将其转发到相关联的RS，以用于经由相关联的PHY的数据的发射。
为了控制相关联的PHY 302、MAC 304和RS 308交换多个信号。特别地，MAC 304发送“PLS_DATA.request”信号以通知RS 308 MAC 304意图发射数据。因此，RS 308将PHY 302配置用于将数据发射到连接的远程PHY，例如与接收器设备/应用相关联的PHY。当PHY 302从连接的远程PHY接收数据时，RS 308发送“PLS_DATA.indication”信号到MAC 304，从而警告MAC 304接收数据。另外，RS 308还可以发送“PLS_SIGNAL.indication”、“PLS_DATA_VALID.indication”和/或“PLS_CARRIER.indication”信号到MAC 304。PLS_SIGNAL.indication信号通知MAC 304与由PHY 302接收的信号相关联的质量或误差。当由PLS_DATA.indication信号如此指示时，PLS_DATA_VALID.indication信号通知MAC 304接收的数据是否有效。PLS_CARRIER.indication信号通知MAC 304相关联的PHY是否正在从远程PHY接收任何信号。
在基于节能以太网（EEE）的***中，除了MAC 304之外，低功率空闲（LPI）客户端310还经由RS 306控制PHY 302。特别地，当源设备/应用没有要发射的数据时，LPI客户端310发送具有参数值“ASSERT”的“LP_IDLE.request”信号到RS 308。作为响应，RS 308使相关联的PHY 302向远程PHY（例如，接收器设备/应用的PHY）发送信号，从而通知远程PHY PHY302将进入沉默模式并且将不发射任何数据，直到其返回活动模式为止。然后，将PHY 302置于沉默模式中，在该模式中相关联的发射器可以被关闭。相反，如果PHY 302处于沉默模式中并且源设备/应用具有要发射的数据，则LPI客户端310发送具有参数值“DEASSERT”的LP_IDLE.request信号到RS 308。作为响应，RS 308使PHY 302向远程PHY发送信号，从而通知远程PHY PHY 302将进入活动模式并将发射数据，并且RS 308使PHY 302返回到活动模式。
PHY 302可以从远程PHY接收信号，该信号通知PHY 302远程PHY意图进入沉默模式还是活动模式。RS 308从PHY 302接收该信息，并且使用信号“LP_IDLE.indication”将该信息提供给LPI客户端310。具体地，具有参数值ASSERT的信号LP_IDLE.indication通知LPI客户端310远程PHY意图进入活动模式以发射数据。具有参数值DEASSERT的信号LP_IDLE.indication通知LPI客户端310远程PHY意图进入沉默模式，并且将不发射数据，直到其返回到活动模式为止。
***300包括附加部件，非重叠（NOL）调度器312，其也与数据源306通信，并经由RS308控制PHY 302。下面参考图5讨论非重叠（NOL）调度。根据NOL调度，当两个设备彼此通信时，第一设备和第二设备以非重叠方式在活动模式和沉默模式之间交替，例如，当第一设备处于活动模式中时，第二设备处于沉默模式中，以及当第二设备处于活动模式中时，第一设备处于沉默模式中。仅处于活动模式中的设备可以发射数据，而处于沉默模式中的设备可以接收数据。为了方便起见，在下面的讨论中，假定***300与第一设备/应用相关联，使得NOL调度器312实现第一设备/应用的活动模式和沉默模式。应当理解，***300（或其另一个实例）可以与第二设备/应用相关联，其中该***/实例中的NOL调度器将实现第二设备/应用的活动模式和沉默模式。
NOL调度可以在PHY 302和远程PHY（例如，与第二设备/应用相关联的PHY）之间的自动协商（其根据标准以太网协议执行）期间确定。NOL调度器312基于由通信***的较高层传达给其的参数和自动协商期间接收的远侧（也称为远程侧）信息来确定NOL_IDLE信令的定时。如果数据源306被配置为发射视频信号，则由NOL调度器312接收的信息可以包括视频消隐信息，其中NOL调度器312可以将视频的消隐时段用作确定NOL_IDLE信令的定时时的参数之一。
基于NOL调度，NOL调度器312使PHY 302在活动模式和沉默模式之间切换。特别地，在***300中，当根据NOL调度将第一设备调度为处于沉默模式中时，NOL调度器312发送具有参数值“ASSERT”的“NOL_IDLE.request”信号到RS 308。作为响应，RS 308使相关联的PHY302向远程PHY（例如，第二设备/应用的PHY）发送“交接”信号，从而通知远程PHY PHY 302将进入沉默模式并将不发射任何数据，直到其返回到活动模式为止。然后，将PHY 302置于沉默模式中，在该模式中相关联的发射器被关闭。然而，与PHY 302相关联的接收器不被关闭，并且可以接收由远程PHY（例如，第二设备/应用的PHY）发射的数据。
当根据NOL调度将第一设备调度为返回到活动模式时，NOL调度器312发送具有参数值“DEASSERT”的“NOL_IDLE.request”信号到RS 308。作为响应，RS 308使与PHY 302相关联的发射器打开。RS 308还使PHY 302向远程PHY发送“同步”信号，从而通知远程PHY PHY302将返回到活动模式并将发射数据。然后将PHY 302置于活动模式中。
PHY 302可以还根据两个设备所共有的NOL调度，从远程PHY接收信号，该信号通知PHY 302远程PHY意图进入沉默模式还是活动模式。RS 308从PHY 302接收此信息，并使用信号“NOL_IDLE.indication”将该信息提供给NOL调度器312。具体地，具有参数值ASSERT的信号NOL_IDLE.indication通知NOL调度器312远程PHY被调度为进入活动模式并且可以发射数据。具有参数值DEASSERT的信号NOL_IDLE.indication通知NOL调度器312远程PHY被调度为进入沉默模式并且将不发射数据，直到其返回到活动模式为止。
参考图4，除了在一个方面中之外，根据另一实施例的通信***400类似于（上述）***300。在***400中，NOL调度器412不直接与RS 408通信。相反，NOL调度器412与LPI客户端410通信。特别地，当根据NOL调度将第一设备调度为处于沉默模式中时，NOL调度器412发送具有参数值“ASSERT”的“NOL_IDLE.request”信号到LPI客户端410。作为响应，LPI客户端410发送具有参数值“ASSERT”的LP_IDLE.request信号到RS 408，这使得相关联的PHY 402进入沉默模式（如参考图3所述）。当根据NOL调度将第一设备调度为唤醒并返回到活动模式时，NOL调度器412发送具有参数值“DEASSERT”的“NOL_IDLE.request”信号到LPI客户端410。作为响应，LPI客户端410发送具有参数值“DEASSERT”的LP_IDLE.request信号到RS408，这使得相关联的PHY 402进入活动模式（也参考图3描述）。
PHY 402可以从远程PHY接收信号，该信号通知PHY 402根据NOL调度远程PHY意图进入沉默模式还是活动模式。RS 408从PHY 402接收该信息，并且使用信号“LP_IDLE.indication”将该信息提供给LPI客户端410。LPI客户端410使用信号“NOL_IDLE.indication”将此信息转发到NOL调度器412。特别地，具有参数值ASSERT的信号LP_IDLE.indication和NOL_IDLE.indication分别通知LPT客户端410和NOL调度器412：远程PHY被调度为进入活动模式并且可以发射数据。具有参数值DEASSERT的信号LP_IDLE.indication和NOL_IDLE.indication分别通知LPT客户端410和NOL调度器412：远程PHY被调度为进入沉默模式并且将不发射数据，直到其返回到活动模式为止。
参考图5可以理解使用非重叠（NOL）调度进行双向通信的两个设备的操作。在示例时序图500中，NOL调度器使用对应于链路和通信会话的以下参数。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
可以可选地将附加参数Min_Tq传达到远侧PHY设备，以用于远侧PHY设备配置其交接持续时间和电路。
为了数据的双向交换，将一个设备（通常称为主机设备或主机）调度为首先进入活动模式，在该模式中主机发射数据。此时，将另一设备（通常称为从机设备或从机）调度为保持在沉默模式中，在该模式中其从主机接收数据。主机停止其发射后，其进入沉默模式，而从机进入活动模式，在该模式中从机可以发射数据，该数据由主机接收。如时序图500中所示，这种交替的发射型式可以针对每个通信会话继续进行。
具体地，在进入活动模式时，主机发射器发射同步信号，随后是数据信号（表示为“活动”），随后是交接信号。这些信号的总持续时间（Ta）被选择为不超过Tq_max_tol。此后，主机等待持续时间（至少等于Te）并且然后进入沉默模式。当主机处于活动模式中时，主机接收器保持在（参考图2描述的）锁定辅助状态中。同样，当主机处于活动模式中时，从机保持在沉默模式中，并且从机接收器保持在锁定状态中，从而与主机发射器的时钟维持锁定，该时钟是从由主机发射器发射的同步和/或数据接收的。
在来自主机的交接信号终止之后，从机至少等待持续时间Te，并且然后转变到活动模式。现在从机发射器发送同步、数据和交接信号，而不超过Tq_max_tol约束。当从机处于活动模式中时，从机接收器在锁定辅助状态中操作。同样，当从机处于活动模式中时，主机保持在沉默模式中，而主机接收器保持在锁定状态中，从而与从机发射器的时钟维持锁定。在再次返回到活动模式之前，主机至少等待持续时间Te。
在开始（参考图6描述的）自动协商之前，可以经由时域反射仪（TDR）来确定Te。由设备通过限制其各自的Ta可以实现和控制不对称等级，其中一个设备的数据发射的持续时间可能与另一设备的数据发射的持续时间不同。链路伙伴设备还可以例如在两个会话之间调整发射模式和沉默模式的占空比，例如，飞行中的（on the fly）Ta和Tq的持续时间。占空比的这种调整可以是50％，从而允许两个方向上的对称带宽。
在上述各种实施例中，不允许由两个设备进行的重叠发射，例如，在发送交接信号之后，当前活动设备停止发射。在通信***中，噪声能够使数据被破坏，使得该数据不能被远侧正确地接收。为了使***对于噪声鲁棒，在设备发送交接信号之后，如果该PHY设备的接收器未接收同步信号达预定时间，则设备可以在再次发送其自身的同步信号、进入该设备的下一活动模式之前等待等于远侧设备的Tq_max_tol的时间段。如果重复地未接收同步信号达预定次数，则PHY设备可以丢掉链路并可以再次进入自动协商阶段。一些实施例使用基于计数器的定时电路来跟踪活动时隙和沉默时隙和/或在其之间执行转变。绝对时间***（诸如IEEE 1588***）不必需，但可以用于开始和终止活动模式和沉默模式以及对应的定时窗口。
在一些实施例中，在沉默模式中由设备的接收器使用同步信号来重新获取对处于活动模式中的远端设备的发射器的锁定。在锁定获取期间，一些比特可能在具有误差的情况下由本地接收器接收。然而，由于同步信号不包含实际数据或控制信号，所以此类误差不在MAC到MAC数据交换中引起误差。交接信号被发送到远侧设备以向该设备指示其可以准备进入活动模式并且可以准备发射。在一些实施例中，活动时段可以在没有交接信号的情况下结束和/或在没有同步信号的情况下开始。在一些实施例中，根据常规PHY EEE定时参数来选择沉默定时时段Tq，使得不需要定制时钟和（参考图2描述的）数据恢复电路，而是代替地可以使用设计用于EEE定时参数的常规电路。
参考图6，在根据一个实施例的促进两个设备之间的双向通信的过程600中，在自动协商和训练阶段中执行某些操作，以设立通信协议和非重叠调度。特别地，在步骤602处启动自动协商。在自动协商期间，一个设备被指定为主机状态（或第一个发射设备状态），而另一设备被指定为从机状态（或第二个发射设备状态）。在步骤604处，一个或两个设备将通信设备的参数Te（例如，跨通信链路的最大往返行程传播延迟与执行边际（implementationmargin）之和）传达给相应的远侧设备。在步骤604处，任一个或两个设备还向相应的远侧设备发射相应的参数Tq_max_tol，例如，发射设备的接收器可以容忍的最大沉默时间。在步骤606处，每个设备使用从相应的远侧设备接收的参数Te和Tq_max_tol来计算参数最大Ta，例如，该设备可以保持在活动模式中所达的最大持续时间。
在步骤608处，任一个或两个设备将参数Ta（例如，交接持续时间和同步持续时间之和）传达到相应的远侧设备，所述交接持续时间是通信设备可以发射数据（这样的数据可以包括数据和/或控制消息）所达的持续时间。训练阶段也在步骤608处开始，在此步骤中从机确定调整的参考时钟，如参考图2所描述的那样。在步骤610处完成训练，并且在步骤610处使用交换的参数确定参数最大Ta。然后该过程进入正常操作阶段。
在正常操作阶段中，在步骤612处每个设备确定其是否被指定为主机（或第一个发射）状态。在步骤614处，主机设备（也称为主机）进入活动模式，并且主机发射器发射同步信号，从机设备（也称为从机）可以使用该同步信号执行时钟同步，如参考图2所描述的那样。另外，在步骤614处，主机接收器使用锁定辅助技术（也参考图2描述），以维持与从机发射器的近似同步，即以维持与从机发射器的估计的时钟的锁定。在步骤616处，主机发射器将数据发送到从机，在该从机中数据发射的持续时间可以是固定的或可变的，而不超过在步骤606中计算的参数最大Ta。
在步骤618处，主机发射器发射交接信号，该信号通知从机主机将要进入沉默模式。此后，主机在步骤620处进入沉默模式，并在步骤622处等待由（在步骤606中接收的）从机的参数Te指定的持续时间。在步骤624处，主机接收器进入锁定状态，在锁定状态中主机接收器可以将其时钟同步到从机发射器的时钟。
在步骤626处，主机接收器接收同步信号，主机接收器使用该同步信号将其时钟与从机发射器的时钟同步，如参考图2所描述的那样。同样在步骤626处，当从机已经完成其数据发射并且将要进入沉默模式时，主机接收器接收由从机发射的数据，并随后接收交接信号。接收的交接信号通知主机其可能进入活动模式。在步骤628处，主机再次等待持续时间Te，并且此后过程从步骤614重复，在步骤614中主机再次处于活动模式中，并且可以将附加数据发射到从机设备。
当主机执行步骤614时，从机执行步骤634，在步骤634中从机接收器进入锁定模式，使得从机接收器可以使其时钟与主机发射器的时钟同步。在步骤636处，从机接收器接收同步信号，从机接收器使用该同步信号将其时钟与主机发射器的时钟同步，如参考图2所描述的那样。同样在步骤636处，当主机已经完成其数据发射并将要进入沉默模式时，从机接收器接收由主机发射的数据，并随后接收交接信号。接收的交接信号通知从机其可能进入活动模式。
在步骤638处，从机再次等待持续时间，所述持续时间在步骤604中由从主机接收的参数Te指定。在等待之后，在步骤640处，从机进入活动模式，并且从机发射器发射同步信号，主机可以使用该同步信号来执行时钟同步，如参考图2所描述的那样。另外，在步骤640处，从机接收器使用锁定辅助技术（也参考图2描述），以维持与主机发射器的近似同步，例如以维持与主机发射器的估计时钟的锁定。在步骤642处，从机发射器向主机发送数据，其中数据发射的持续时间可以是固定的或可变的，而不超过在步骤606中计算的参数最大Ta。
在步骤644处，从机发射器发射交接信号，该信号通知主机从机将要进入沉默模式。此后，从机在步骤646处进入沉默模式，并在步骤648处等待由（在步骤606中接收的）主机的参数Te指定的持续时间。在等待后，该过程从步骤634重复，在步骤634中主机处于活动模式中，而从机返回到沉默模式，并且可以接收由主机发射的附加数据。
本文中描述的各种实施例允许参数Ta从会话到会话或在会话内是可变的和可调整的，所述参数Ta确定在活动模式中由设备进行的数据发射的持续时间。然而，在一些实施例中，设备可以选择具有固定的Ta，例如以避免等待时间抖动。在这种情况下，通过使MAC层具有恒定的比特率接口，而不是具有可以在任意时间开始和停止数据发射和接收的接口，***实施方式受益。例如，未并入LPI客户端或NOL调度器的常规MAC（参考图3和图4描述）可能不能如由NOL调度所要求的那样本地地开始和停止数据发射。通过在PHY层内的活动模式和沉默模式之间并入转变，这样的***可以在单对/线上部署双向通信。在这样的实施例中，如下所述，NOL调度器经由恒定比特率（CBR）接口电路并入PHY层内。
参考图7，在通信***700中，物理层（PHY）包括在常规的基于以太网的***中使用的物理编码子层（PCS）。PCS子层包括常规部件，诸如“编码”、“解码”、“加扰”、“解扰”、“齿轮箱（gearbox）”和“块同步”。这些部件执行各种步骤，以将数据从与物理介质类型无关的形式转换为特定于特别介质的形式。“编码”块将8个字节的控制或数据字符转换为66比特块，称为64/66编码。“加扰”步骤应用公知的加扰器多项式以使比特流随机化，来改进接收器CDR的性能，以及“齿轮箱”步骤将66比特编码字分为由串行器所需的数据大小。在接收路径中，“块同步”部件寻找特定型式以检测66比特字边界，“解扰”步骤使用加扰器多项式对数据进行解扰，以及“解码”块将66比特字转换回成8字节的控制/数据字符。
另外，PHY包括CBR接口电路702，该CBR接口电路702与物理介质附接（PMA）子层通信，以在例如单线或单线对的介质或链路上发射信号并从该介质或链路接收信号。CBR接口电路包括NOL调度器704和两个速率匹配先进先出（FIFO）缓冲器706、708。CBR接口电路702还包括用于将交接信号和同步信号***到要发射的数据流中的部件710，以及用于从接收的数据流检测交接和同步信号的部件712。在自动协商阶段期间，在确定NOL调度之后，PHY在前向方向和反向方向之间（例如，在活动持续时间和沉默持续时间之间）建立比率，然后该比率对于特定会话保持固定。该比率在MAC层处针对发射（TX）和接收（RX）方向两者建立连续的比特率，其中的每个是瞬时PHY比特率乘以活动部分与总时段时间Ta+Tq+2*Te的比率。
通常，由于Te、交接和同步时段的影响，TX和RX恒定比特率的总和小于瞬时比特率。
速率匹配FIFO 704、706的大小基于PHY能够支持的瞬时比特率乘以其能够支持的最大活动时段值，其是在PHY处于沉默模式中时PHY将需要缓存的最大比特数。在TX方向上，比特以TX恒定比特率入队到速率匹配FIFO 704中，并且在活动阶段期间，数据比特以瞬时比特率出队。在RX方向上，当接收器从远侧设备接收数据时（例如，本地设备处于沉默模式中），接收的数据比特以瞬时比特率入队，并以RX恒定比特率出队。
在该操作期间，速率匹配FIFO 704、706通常在PHY经过活动阶段和沉默阶段时在接近空和接近满之间振荡，但是在活动时段和沉默时段比率固定时将不会上溢（overflow）或下溢（underflow）。由于交接不是在分组/帧边界处而是在符号边界处完成，所以此技术可以减少通信***的总体等待时间和等待时间变化。在一些实施例中，前向误差校正（FEC）电路被包括在PHY中，并且速率匹配FIFO 704、706可以以FEC帧等级实现。
为了解释的目的，前述描述使用特定的术语来提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，不需要特定细节以便实践本发明。因此，出于说明和描述的目的呈现了本发明的特定实施例的前述描述。它们不旨在是穷尽的或将本发明限制为所公开的精确形式；显然，鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例以便最好地解释本发明的原理及其实际应用，由此它们使本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明以及具有如适于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。

Claims (25)

1.一种方法，包括：
根据非重叠（NOL）调度将第一设备配置为进入活动模式，第二设备处于沉默模式中；
由所述第一设备的发射器在不超过所述第二设备的最大可容忍沉默持续时间的持续时间内发射第一本地数据信号；以及
根据所述NOL调度将所述第一设备配置为在发射所述第一本地数据信号之后进入所述沉默模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其中发射所述第一本地数据信号包括发射：
数据消息或控制消息；以及
以下中的任一个或两个：在所述数据或控制消息的发射之前的同步信号，以及在所述数据或控制消息的所述发射之后的交接信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在处于所述活动模式中时，所述第一设备的接收器保持在锁定辅助状态中，从而维持与所述第二设备的估计的发射时钟的锁定。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在处于所述锁定辅助状态中时，所述第一设备的所述接收器的时钟和数据恢复（CDR）模块的输入被禁用。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括在处于所述沉默模式中时：
由所述第一设备的接收器恢复所述第二设备的发射时钟；以及
接收由所述第二设备发射的第一远侧数据信号。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
由所述第一设备的所述接收器生成调整的参考时钟，所述调整的参考时钟具有近似等于所述第二设备的所述发射时钟的频率的频率。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
重新配置所述第一设备以重新进入所述活动模式，所述第二设备处于所述沉默模式中；以及
当所述第二设备处于所述沉默模式中时，由所述第一设备的所述接收器维持对所述调整的参考时钟的锁定。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
重新配置所述第一设备以重新进入所述活动模式，所述第二设备处于所述沉默模式中；
由所述第一设备的所述发射器在不超过所述第二设备的所述最大可容忍沉默持续时间的所述持续时间内发射第二本地数据信号；以及
在锁定辅助状态中操作所述第一设备的所述接收器。
9.根据权利要求1所述的方法，其中使用执行所述NOL调度的非重叠（NOL）调度器来配置所述第一设备的所述模式，所述NOL调度器在链路层或物理层处实现。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述NOL调度器：
在所述链路层处实现；以及
配置为与低功率空闲（LPI）客户端通信。
11.根据权利要求9所述的方法，其中：
所述NOL调度器在所述物理层处实现；以及
所述物理层包括两个先进先出缓冲器，使用所述缓冲器以基本上恒定的比特率与链路层交换数据。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用包括所述第一和第二设备的参数的多个设备参数来生成所述NOL调度。
13.一种设备，包括：
调度器，其根据非重叠（NOL）调度将所述设备配置为在活动模式和沉默模式之间切换；
发射器，其用于在所述活动模式中在不超过远侧设备的最大可容忍沉默持续时间的持续时间内发射第一本地数据信号；以及
接收器，其用于在所述沉默模式中从所述远侧设备接收第一远侧数据信号。
14.根据权利要求13所述的设备，其中：
所述第一本地数据信号包括数据消息或控制消息，以及同步信号和交接信号中的任一个或两个；以及
所述发射器被配置为在发射所述数据或控制消息之前发射所述同步信号，以及在发射所述数据或控制消息之后发射所述交接信号。
15.根据权利要求13所述的设备，其中在处于所述活动模式中时，所述接收器被配置为保持在锁定辅助状态中，从而维持与所述远侧设备的估计的发射时钟的锁定。
16.根据权利要求15所述的设备，其中：
所述接收器包括时钟和数据恢复（CDR）模块以及用于选择所述CDR模块的输入的选择器；以及
在处于所述锁定辅助状态中时，所述选择器配置为禁用所述CDR模块的所述输入。
17.根据权利要求13所述的设备，其中在处于所述沉默模式中时，所述接收器被配置为恢复所述远侧设备的发射时钟。
18.根据权利要求17所述的设备，其中在处于所述沉默模式中时，所述接收器还被配置为：
生成调整的参考时钟，所述调整的参考时钟具有近似等于所述远侧设备的所述发射时钟的频率的频率。
19.根据权利要求18所述的设备，其中：
所述调度器将所述设备配置为从所述沉默模式进入所述活动模式；以及
在处于所述活动模式中时，所述接收器被配置为在所述远侧设备处于所述沉默模式中时维持对所述调整的参考时钟的锁定。
20.根据权利要求13所述的设备，其中：
所述调度器将所述设备配置为从所述沉默模式进入所述活动模式；
所述发射器被配置为在不超过所述远侧设备的所述最大可容忍沉默持续时间的所述持续时间内发射第二本地数据信号；以及
所述接收器被配置为在锁定辅助状态中操作。
21.根据权利要求13所述的设备，其中所述调度器在链路层或物理层处实现。
22.根据权利要求21所述的设备，其中：
所述调度器在所述链路层处实现；
所述设备还包括低功率空闲（LPI）客户端；以及
所述调度器被配置为与所述LPI客户端通信。
23.根据权利要求21所述的设备，其中：
所述调度器在所述物理层处实现；以及
所述设备还包括两个先进先出缓冲器，使用所述缓冲器以基本上恒定的比特率与所述链路层交换数据。
24.根据权利要求13所述的设备，其中：
所述NOL调度基于：（i）所述设备的一个或多个参数，或（ii）所述远侧设备的一个或多个参数。
25.一种***，包括：
第一设备；以及
经由单线或单线对与所述第一设备通信的第二设备，其中：
所述第一和第二设备中的每个根据非重叠（NOL）调度被配置为在活动模式和沉默模式之间切换，每个设备还被配置为：（i）在处于所述活动模式中时发射本地数据信号；以及（ii）在处于所述沉默模式中时接收远侧数据信号；以及
根据所述NOL调度，所述第二设备被配置为：（i）当所述第一设备处于所述活动模式中时切换到所述沉默模式，以及（ii）当所述第一设备处于所述沉默模式中时切换到所述活动模式。
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